【分析】基于N,S-掺杂碳量子点的表面辅助激光解吸离子化质谱及双酚S暴露小鼠组织成像的研究

‍‍‍

基质辅助激光解吸离子化质谱（MALDI-MS）是一种高效的软电离新型有机质谱，近年来已成为生物大分子分析不可或缺的工具之一。基于MALDI-MS的组织成像技术（MALDI-MSI）是一门新兴的分子成像技术，在生物标志物的发现、组织结构研究和药物代谢等领域展现出良好的应用前景。但是由于传统的MALDI基质在低分子量范围内（m/z < 600 Da）会产生大量的碎片离子，严重抑制或干扰小分子物质的测定。其次，由于样品/基质共混结晶不均匀、信号重现性差，难以用于定量分析。对于MALDI-MSI，最大的挑战来自于基质效应，即由于基质对样品的溶解而引起被测组分的移位现象，导致空间匹配错误等问题。基于纳米材料的表面辅助激光解吸离子化质谱（SALDI-MS）使用起到能量转移作用的纳米材料，在低分子量区间不会产生背景干扰峰，可以将分析对象由大分子扩展到小分子。此外，SALDI-MS还具有样品制备简单、信噪比高、耐盐性好、信号重现性好及可实现定量分析等优点。因此，基于SALDI-MS发展而来的SALDI-MSI能够很好解决上述基质效应的问题，表现出良好的应用前景。

近日，福州大学的林子俺教授和香港浸会大学的蔡宗苇教授合作，首次报道了基于N,S-掺杂碳量子点的表面辅助激光解吸离子化质谱成像新技术，并将其应用于双酚S（BPS）暴露小鼠的组织成像研究，为环境毒理研究提供了新的思路和解决方案。

图1. 小鼠肝组织质谱成像流程图。

以BPS暴露的小鼠组织为研究对象，作者系统地比较了MALDI-MSI（如以α-氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）为基质）和基于N,S-掺杂碳量子点的SALDI-MSI两种技术的优劣（图2）。研究表明，以常规的CHCA为基质，采用传统的MALDI-MSI技术无法实现对组织中BPS的精确鉴定。其次，喷涂的CHCA基质容易产生严重的背景干扰和被测组分的移位现象，导致空间匹配错误等问题。相反，他们采用N,S-掺杂的碳量子点作为基质，在负模式下产生高选择性、高灵敏的[M-H]-离子峰，无明显的背景干扰，检测限可达~pmol。此外，喷涂纳米基质有效避免了基质对组织样品的溶解而引起被测组分的移位现象，可以获得令人满意的空间分辨率。

图2. 加标100 μg/ mL BPS的肾组织切片：（A）MALDI-MSI，（B）SALDI-MSI；（A1和B1）加标BPS的肾组织光学图像；（A2和B2）分别用正模式的MALDI-MS和负模式的SALDI-MS获得肾组织的质谱图；（A3和B3）背景离子的MALDI图像和SALDI图像；（A4和B4）BPS的MALDI图像和SALDI图像；（A5和B5）为合并图像；（A6和B6）分别用正模式MALDI-MS和负模式SALDI-MS获得的BPS多色图像。

在此基础上，作者利用开发的SALDI-MSI技术对BPS暴露的小鼠组织（肾、肝、脾、心脏等）进行原位鉴定和成像。由图3(A)可知，BPS暴露1小时后，BPS主要集中在肾动脉处，而暴露6小时后，BPS则主要分布于肾皮质区域，上述质谱成像结果与肾脏代谢过程基本吻合。

图3. 基于N,S-掺杂碳量子点的SALDI-MSI对小鼠肾组织中的BPS进行原位鉴定和成像。（A）BPS暴露1小时后小鼠肾组织的质谱图和成像图；（B）BPS暴露6小时后小鼠肾组织的质谱图和成像图。

总结

与传统的MALDI-MSI相比，基于N,S-掺杂碳量子点的SALDI-MSI技术在背景干扰、灵敏度、选择性、均匀性和重现性方面均表现出优异的性能，对组织样品中BPS的定量分析也表现出良好的应用潜力。此外，利用SALDI-MSI技术，人们可实现对小鼠肾脏肝组织中痕量BPS的原位鉴定，获取高分辨的目标物空间分布信息。这一研究成果既拓展了SALDI-MSI技术的应用范围，也为BPS暴露评估提供了理论依据。

结合本文实验结果也不难推测，基于这种SALDI-MSI的方法还可拓展到生物组织中其它小分子的鉴定与时空分布研究。相关成果近期发表在Analytical Chemistry上，文章的第一作者是福州大学的林子俺教授，通讯作者是福州大学的林子俺教授和香港浸会大学的蔡宗苇教授。

该论文作者为：Zian Lin, Jie Wu, Yongqiang Dong, Pei Si Xie, Yan Hao Zhang, and Zongwei Cai

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Nitrogen and Sulfur Co-doped Carbon-Dot-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry Imaging for Profiling Bisphenol S Distribution in Mouse Tissues

Anal. Chem., 2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b02362

导师介绍

林子俺

http://www.x-mol.com/university/faculty/9579

蔡宗苇

http://www.x-mol.com/university/faculty/49615

点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊